ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΤΜΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΤΜΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Διάλεξη #1 Εισαγωγή στα Ασύρματα Δίκτυα Αθανάσιος Κανάτας Καθηγητής Παν/μίου Πειραιώς 1/3 2 Ericsson Report February 2016 1

2/3 3 Cognitive load is a score that measures the amount of information that a person is processing and holding active in the dorsolateral prefrontal cortex (DL-PFC) part of the brain. A high cognitive load is part of a stress response. A score up to 0.7 is acceptable and considered normal for proper information processing. However, scores over 0.8 are considered very high and stressful. ραχιαίος έξω προμετωπιαίος φλοιός κογχομετωπιαίoς φλοιός 3/3 4 Ericsson Report February 2016 2

Mobile Subscriptions 5 Ericsson Report November 2017 Mobile Subscriptions 6 Ericsson Report February 2018 3

Penetration 7 Ericsson Report February 2018 Data Traffic Growth 8 Exabytes 10 18 Ericsson Report February 2018 4

Video is the Application 9 Ericsson Report November 2017 Global Networks 10 5

University of Piraeus School of ICT Dept. of Digital Systems Next Generation Technologies 10x bps/hz Spectral Efficiency 20x Hz Bandwidth 50x BSs/km 2 Network Density 10,000x bps/hz/km 2 Capacity Better performance using Massive MIMO, CoMP, Interference suppression More spectrum in below 6GHz bands and in mmwaves region (30 100GHz) Increased spectral reuse by means of more BSs/repeaters/relays and HetNets deployments (metro, pico, femto cells) Telecommunication Systems Laboratory Prof. Athanasios G. Kanatas Στόχοι & Επιδιωκόμενες Εξελίξεις 12 Υποστήριξη πολλαπλών υπηρεσιών πολυμέσων Πολύ υψηλού ρυθμού μετάδοσης (Gbps) Υψηλής ποιότητας Μεταξύ Φορητών Τερματικών Που μπορεί να ανήκουν στο ίδιο ή και διαφορετικά δίκτυα Που μπορούν να βρίσκονται οπουδήποτε Οποτεδήποτε 6

Εξέλιξη Δικτύων 13 Γενιά Υπηρεσίες Τεχνολογίες/Καινοτομίες/Δυνατότητες Δίκτυα 1G Φωνή Αναλογική Μετάδοση, Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA AMPS, TACS 2G Φωνή Ψηφιακές Επικοινωνίες, Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA, TDMA, CDMA GSM, CDMA 2.5G Δεδομένα Μεταγωγή Πακέτων, Ταχύτητες έως και 384 kbps. GPRS, EDGE 3G Φωνή, Πολυμέσα Πολλαπλή πρόσβαση CDMA, Αύξηση Χωρητικότητας και Βελτίωση Ποιότητας μετάδοσης φωνής/βίντεο WCDMA- UMTS, CDMA2000 3.5G Δεδομένα Μεταγωγή Πακέτων, ταχύτητες 1-10 Mbps HSPA, WiMAX 4G, 4G+ Δεδομένα Πλήρης αρχιτεκτονική IP, Πολλαπλή πρόσβαση OFDMA. Τεχνολογίες MIMO. Ταχύτητες δεκάδων έως και εκατοντάδων Mbps. Υπηρεσίες φωνής μέσω του δικτύου δεδομένων (VoIP) LTE, LTE-A Ταχύτητες Δικτύων Δεδομένων 14 Γενιά Τεχνολογία Μέγιστος Ρυθμός Download Τυπικός Ρυθμός Download 1000 2G G GPRS 0,1 Mbps <0,1 Mbps E EDGE 0,3 Mbps 0,1 Mbps 3G 3G 3G (Basic) 0,3 Mbps 0,1 Mbps H HSPA 7,2 Mbps 1,5 Mbps H+ HSPA+ 21 Mbps 4 Mbps H+ DC-HSPA+ 42 Mbps 8 Mbps 4G 4G LTE 100 Mbps 15 Mbps 4G+ LTE-A 300 Mbps 45 Mbps 7

Κυψελωτά Συστήματα 2 ης Γενιάς 15 GSM (Groupe Special Mobile ή Global System for Mobile Communications) (900/1800/1900) Πλήρως Ευρωπαϊκό Σύστημα (Προδιαγραφή του ETSI που ιδρύθηκε το 1988 για το σκοπό αυτό) Το 1992 λειτούργησε το πρώτο σύστημα FDMA/TDMA/FDD (Κάθε φέρον έχει 8 διαύλουςχρονοσχισμές με 0,577msec διάρκεια σχισμής) Ψηφιακή Διαμόρφωση GMSK με τελικό ρυθμό μετάδοσης τα 270,8Kbps. Το Μάιο του 2013 2.5 δις συνδρομητές, 5 δις συνδέσεις. Αντιστοιχεί στο 74% της παγκόσμιας αγοράς. Κυψελωτά Συστήματα 2 ης Γενιάς 16 IS 95 (cdmaone) Αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ το 1992, βασίζεται στην τεχνική CDMA και προτάθηκε από την Qualcomm. Ήταν συμβατό και με το AMPS και η εταιρία κατασκεύασε τερματικά διπλού τρόπου λειτουργίας. Χρησιμοποιεί διασπορά φάσματος Direct Sequence. Παρουσιάζει ασυμμετρία ζεύξεων (διαφορετικές τεχνικές στην ευθεία και την αντίστροφη ζεύξη). Γίνεται επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων σε κάθε κυψέλη. Κάθε χρήστης έχει διαφορετικό κώδικα. Το εύρος ζώνης του διεσπαρμένου σήματος είναι 1.25MHz. 8

Κυψελωτά Συστήματα 2 ης Γενιάς 17 IS 95 (cdmaone) (συνέχεια) Ο ρυθμός μετάδοσης για κάθε χρήστη είναι συνάρτηση του χρόνου που η φωνή είναι ενεργή αλλά και της συνολικής κίνησης στο δίκτυο. Οι συχνότητες που χρησιμοποιεί είναι ίδιες με εκείνες του IS 54 και του AMPS, αλλά έχουν αποδοθεί και επιπλέον συχνότητες στη ζώνη 1,8 2GHz. Η μεγάλη ευελιξία που παρέχει η τεχνολογία CDMA ήταν ο κύριος λόγος που το IS 95 υπήρξε ο οδηγός και βάση εκκίνησης για τα δίκτυα 3 ης γενιάς. Κυψελωτά Συστήματα 2.5 Γενιάς 18 GPRS (General Packet Radio Service) Packet Switched υπηρεσία προστιθέμενης αξίας για τεχνολογίες TDMA circuit switched, όπως το GSM, ή το IS 136, (packet switching overlay on a circuitswitching network). Μέγιστος θεωρητικά ρυθμός 171,2Kbps, αλλά πρακτικά 112Kbps. Προκειμένου να λειτουργήσει πάνω από GSM δίκτυα πρέπει να προστεθούν τουλάχιστο δύο επιπλέον κόμβοι στη δομή, ο GGSN (Gateway GPRS Support Node), και ο SGSN (Serving GPRS Support Node). Υποστήριξη IP. 9

Κυψελωτά Συστήματα 2.5 Γενιάς 19 Enhanced Data for Global Evolution (EDGE) Μετεξέλιξη του GPRS (Enhanced GPRS (EGPRS)) ή του HSCSD (Enhanced HSCSD). Η βασική διαφορά από το GPRS είναι ότι χρησιμοποιεί διαφορετικό τρόπο διαμόρφωσης (8 PSK) και διαφορετικούς τύπους κωδικοποίησης διαύλου. Υποστηρίζει ρυθμούς θεωρητικά μέχρι και 384Kbps. Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης για μια χρονοσχισμή έχει αυξηθεί στα 59.2Kbps. Προσθήκη στο GPRS και δεν μπορεί να λειτουργήσει αυτόνομα. Κυψελωτά 3 ης Γενιάς (ΙΜΤ 2000) 20 Ομοσπονδία συστημάτων κινητών επικοινωνιών 3 ης Γενιάς για ασύρματη πρόσβαση στην παγκόσμια τηλεπικοινωνιακή υποδομή. Στόχοι Μεγάλη ομοιότητα στη σχεδίαση συστημάτων Συμβατότητα υπηρεσιών Υψηλή ποιότητα υπηρεσιών Μικρό μέγεθος τερματικών για παγκόσμια χρήση Δυνατότητα περιαγωγής παγκοσμίως Υποστήριξη εφαρμογών πολυμέσων. 10

Κυψελωτά Συστήματα 3 ης Γενιάς 21 Ρυθμοί Μετάδοσης μέχρι και 2Mbps Μεταβαλλόμενος ρυθμός μετάδοσης Πολυπλεξία υπηρεσιών, με διαφορετικές απαιτήσεις ως προς την ποιότητα στην ίδια σύνθεση Μεταβαλλόμενες απαιτήσεις ως προς την καθυστέρηση Μεταβαλλόμενες απαιτήσεις ποιότητας ανάλογα με την υπηρεσία Συνύπαρξη με συστήματα 2 ης γενιάς και υποστήριξη μεταπομπής Υποστήριξη ασύμμετρης τηλεπικοινωνιακής κίνησης Μεγάλη φασματική απόδοση Συνύπαρξη FDD και TDD συστημάτων Κυψελωτά Συστήματα 3 ης Γενιάς 22 Δύο βασικές ραδιοεπαφές έχουν αναπτυχθεί WCDMA (UTRA) cdma2000 (1x, 1xEV DO, 1xEV DV, Multicarrier CDMA) Προωθούνται αντίστοιχα από 3GPP (3 rd Generation Partnership Project) και 3GPP2 (3 rd GPP number 2) UTRA based Network (UMTS για την Ευρώπη & FOMA για την Ιαπωνία μη συμβατά) : Στηρίζεται και επεκτείνει τη δομή του δικτύου κορμού του GSM. cdma2000 based Network : Συμβατότητα προς τα πίσω με το IS 95(cdmaOne) και ιδιαίτερα το πρωτόκολλο ANSI 41 (υποστήριξη δικτύωσης κινητών τερματικών). Στα τέλη του πρώτου εξαμήνου του 2013 υπήρχαν παγκοσμίως 800 εκ. συνδρομητές και 1,8 δις συνδέσεις (περίπου το 25% της παγκόσμιας αγοράς). 11

Συστήματα HSPA 23 Στην R5 της προδιαγραφής για τα δίκτυα 3 ης γενιάς εισάγεται νέα τεχνολογία: Πρόσβαση Πακέτων Υψηλής Ταχύτητας (High Speed Packet Access HSPA). Το 3GPP συνέχισε να εκδίδει νέες Releases του HSPA, καλούμενο και HSPA+ στην έκδοση R11 (2012). Το HSPA περιλαμβάνει τόσο την τεχνολογία High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) που εισήχθη με την R5 όσο και την High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), που εισήχθη με την R6. Τα τρέχοντα δίκτυα HSPA υποστηρίζουν ως 47Mbps στην ευθεία ζεύξη, ενώ στην R11 μέχρι και 337Mbps. Συστήματα HSPA 24 Οι υψηλοί ρυθμοί επιτυγχάνονται με τις εξής τεχνικές: Ορίσθηκε νέο κανάλι στο στρώμα μετάδοσης, το High Speed DL Shared Channel (HS DSCH) για ευκολότερη διαχείριση των πόρων. Υποστηρίζεται υβριδικό ARQ και προσαρμογή της ζεύξης στις συνθήκες διάδοσης (AMC). Μπορούν να αποδοθούν πολλαπλοί κώδικες σε μια ζεύξη, που φθάνουν τους 15 σε WCDMA με spreading factor 16. Χρήση τεχνικών διαμόρφωσης ως και 64 QAM. Δίνεται η δυνατότητα για συγκέντρωση μέχρι και 4 φερόντων ώστε το συνολικό εύρος ζώνης να μπορεί να φθάσει τα 20MHz. Χρησιμοποιούνται τεχνικές ΜΙΜΟ τάξης ως και 4x4. 12

Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 25 Τα 4 ης γενιάς συστήματα αποτελούν τη συνέχεια των προδιαγραφών του 3GPP και του ΙΕΕΕ για την παροχή ασύρματων ευρυζωνικών επικοινωνιών σε κινητά τερματικά. Το LTE (3GPP R8 και R9) και ιδιαίτερα το LTE Advanced (3GPP R10 και R11), όπως επίσης το WiMAX (IEEE 802.16.e) και το WiMAX 2 (ΙΕΕΕ 802.16.m) ή όπως αποκαλείται WirelessMAN Advanced, αποτελούν τις πρώτες προδιαγραφές που έρχονται να αντιμετωπίσουν με αξιώσεις τις απαιτήσεις για υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης σε πληθώρα από περιβάλλοντα και για χρήστες στις πλέον απομακρυσμένες και «δύσκολες» περιοχές των κυψελών. Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 26 Στο LTE εισάγεται το OFDM και η χρήση πολλαπλών κεραιών στους πομποδέκτες (συστήματα ΜΙΜΟ). Το LTE υιοθετεί μια ασυμμετρία στις δύο ζεύξεις, την ευθεία και την αντίστροφη, προκειμένου να μειωθεί το κόστος των κινητών τερματικών. Στην ευθεία ζεύξη χρησιμοποιεί την OFDMA τεχνική ενώ στην αντίστροφη την SC FDMA ή DFT Spread OFDM τεχνική, η οποία επιτρέπει τη χρήση ενισχυτών μικρού κόστους λόγω του περιορισμού των φαινομένων μηγραμμικής λειτουργίας. Επιπλέον, η τεχνική αυτή επιτρέπει το διαχωρισμό των χρηστών σε μια κυψέλη τόσο στο πεδίο του χρόνου όσο και της συχνότητας. 13

Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 27 Στο LTE γίνεται εκτεταμένη χρήση των πολλαπλών κεραιών σε ποπό και δέκτη, επιτρέποντας την εκμετάλλευση των κερδών που μπορεί κανείς να αποκομίσει από τη χρήση τους Διαφορισμό δέκτη τόσο στην αντίστροφη όσο και στην ευθεία ζεύξη, αφού τα UEs θα έχουν 2 κεραίες λήψης. Οι πολλαπλές κεραίες στο enb μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διαφορισμό πομπού αλλά και για εφαρμογή τεχνικών διαμόρφωσης του λοβού ακτινοβολίας (beamforming) Χρήση των κεραιών για παροχή χωρικής πολυπλεξίας Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 28 Πολλαπλές ροές μπορούν να πολυπλεχθούν προς ένα χρήστη, το τερματικό του οποίου υποστηρίζει πολλαπλές κεραίες, υλοποιώντας την τεχνική Single User MIMO (SU MIMO). Στην ίδια κατηγορία ανήκει και η εκπομπή από το σταθμό βάσης πολλαπλών ροών προς πολλαπλούς χρήστες, υλοποιώντας την τεχνική multiuser MIMO (MU MIMO). 14

Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 29 Κεντρικό σημείο στην αρχιτεκτονική του συστήματος είναι και ο μερισμός των πόρων, με τη χρήση του μεριζόμενου διαύλου. Ο scheduler ελέγχει για κάθε χρονική στιγμή πως θα κατανεμηθούν τα επιμέρους τμήματα των πόρων σε διαφορετικούς χρήστες. Ο έλεγχος αφορά τόσο την ευθεία όσο και την αντίστροφη ζεύξη και λαμβάνει υπόψη του την κατάσταση του ραδιο διαύλου. Στο LTE γίνεται πλήρης επαναχρησιμοποίηση των πόρων σε γειτονικές κυψέλες. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί τεχνικές συντονισμού των εκπομπών των γειτονικών κυψελών για χρήστες που βρίσκονται στα άκρα των κυψελών και υποφέρουν από παρεμβολές. Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 30 Στην R9 του LTE εισάγεται η έννοια της ταυτόχρονης μετάδοσης από πολλαπλούς σταθμούς βάσης της ίδιας πληροφορίας, μια τεχνική που καλείται Multicast/Broadcast Single Frequency Network (MBSFN). Η τεχνική αυτή απαιτεί ακριβή συγχρονισμό των σταθμών βάσης αλλά προσφέρει πολύ μεγάλη βελτίωση στη λήψη από τα τερματικά που βρίσκονται στις άκρες των κυψελών. Στην R9 προστέθηκε και η δυνατότητα για ακριβή προσδιορισμό της θέσης των τερματικών. 15

Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 31 Στην R10 ή όπως αποκαλείται LTE Advanced, εισάγεται η έννοια της συγκέντρωσης φερόντων (Carrier Aggregation CA), που δίνει τη δυνατότητα της χρήσης ταυτόχρονα πολλαπλών τμημάτων του φάσματος (φερόντων) προς τον ίδιο χρήστη, προκειμένου να αυξηθεί ο ρυθμός μετάδοσης. Προβλέπεται η συγκέντρωση μέχρι και 5 συνιστωσών φάσματος ακόμη και διαφορετικού εύρους η κάθε μια και όχι απαραίτητα συνεχόμενων στη συχνότητα, φθάνοντας έτσι το μέγιστο των 100 MHz εύρους για μια μετάδοση. Κυψελωτά 4 ης Γενιάς (ΙΜΤ Advanced) 32 Στην R10 υποστηρίζονται μέχρι 8 ροές στη χωρική πολυπλεξία στην ευθεία ζεύξη, που δίνει μαζί με τη συγκέντρωση των φερόντων ρυθμούς μέχρι και 3 Gbps, ενώ αυξάνονται οι δυνατότητες του συστήματος για beamforming. Στην αντίστροφη ζεύξη υποστηρίζεται χωρική πολυπλεξία 4 ροών που μαζί με την συγκέντρωση φερόντων δίνει ρυθμούς μέχρι 1,5 Gbps. Για πρώτη φορά εισάγεται η δυνατότητα χρήσης ενός αναμεταδότη για την επικοινωνία ενός τερματικού με το σταθμό βάσης. Οι αναμεταδότες είναι ΣΒ μικρής ισχύος που μπορούν να συνδέονται στο υπόλοιπο δίκτυο ασύρματα και οι οποίοι θα τοποθετούνται συνήθως σε περιοχές με δυσμενείς συνθήκες διάδοσης. 16

Παράγοντες Επιτυχίας Νέων Συστημάτων 33 Η παροχή πρόσβασης υψηλής ταχύτητας, που να υποστηρίζει ευρυζωνικές υπηρεσίες σε όλους τους συνδρομητές, όπου και αν βρίσκονται στην κυψέλη, Η ευελιξία των δικτύων, ώστε να υποστηρίζουν νέες υπηρεσίες και εφαρμογές Το ανεκτό κόστος των υπηρεσιών, με χρεώσεις στα επίπεδα των σημερινών αλλά και πιο χαμηλές, αν είναι δυνατό Η συμβατότητα με τα σημερινά συστήματα, ώστε να είναι η δυνατή η ανάπτυξη με το ελάχιστο δυνατό κόστος, Παράγοντες Επιτυχίας Νέων Συστημάτων 34 Η ενεργειακά αποδοτική λειτουργία των δικτύων τόσο στα κινητά τερματικά, όσο και στους ΣΒ, Η δυνατότητα οι διάφοροι κόμβοι του δικτύου να αυτό οργανώνονται και τα δίκτυα να προσαρμόζονται και να αναδιατάσσονται Η δυνατότητα των δικτύων να μοιράζονται τους πόρους με χρήση καινοτόμων τεχνικών μερισμού του φάσματος. 17

Η Επόμενη Γενιά (5G) 35 ΤοόραματηςEUείναισεδέκαχρόνιαοιτομείςtelecomκαι IT να ενοποιηθούν σε μια κοινή υποδομή πολύ υψηλής χωρητικότητας. Η ευελιξία και η επεκτασιμότητα απαιτούν «εικονικές» (virtualised) λειτουργίες δικτύου υλοποιούμενες σε γενικού σκοπού, προγραμματιζόμενου και υψηλής επίδοσης υλικό (hardware), που θα παρέχει τους πόρους για μεταφορά, δρομολόγηση, αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων. Τα 5G δίκτυα θα ολοκληρώσουν τηλεπικοινωνιακούς, υπολογιστικούς και αποθηκευτικούς πόρους σε μια προγραμματιζόμενη ενοποιημένη υποδομή, που θα επιτρέπει τη βέλτιστη χρήση των κατανεμημένων πόρων. Η Επόμενη Γενιά (5G) 36 Software and Service centric transformation Telecoms Multiple stakeholders Bit pipe Enabling platform Phones Things Procedures Services Protocols APIs Dedicated Hardware Orchestrated Resources Network Function Virtualized Software Instances Network Slice 18

Η Επόμενη Γενιά (5G) 37 Η επόμενη γενιά (5G) κάνει ήδη τα πρώτα βήματά της Σχεδιάζεται να παρέχονται ταχύτητες πρόσβασης 100 φορές υψηλότερες από τα σημερινά συστήματα αιχμής. Ήδη από τον Μάρτιο του 2017, εκδόθηκαν από τον 3GPP οι πρώτες μελέτες της Έκδοσης 14, η οποία αποτελεί την πρώτη έκδοση που ασχολείται συστηματικά με την 5G. Η πορεία της προτυποποίησης του 5G φαίνεται στο σχήμα Ιούνιος 2017 Σεπτέμβριος 2018 Μάρτιος 2020 Rel. 14 Rel. 15 Rel. 16 Η 1 η ευρεία πιλοτική λειτουργία τοποθετείται για το 2020 (Ολυμπιακοί Αγώνες Τόκιο). Υπηρεσίες στα 5G Δίκτυα 38 Πηγή: HUAWEI Technologies 19

Απαιτήσεις από τα 5G Δίκτυα 39 Πιθανά Σενάρια Λειτουργίας Πηγή: NGMN Alliance,5G White Paper Απαιτήσεις Μέσος ρυθμός μετάδοσης 300-500Mbps & max >10Gbps. Χρόνος αντίδρασης (latency) < 1ms. 100% κάλυψη. 1000 φορές μείωση κατανάλωσης ενέργειας. Υψηλή αξιοπιστία (99.999%). 30 πυκνότητα συσκευών. 10-100 περισσότερες συνδεδεμένες συσκευές. Υψηλότερα επίπεδα ασφάλειας επικοινωνίας. Δομικά Στοιχεία ΣΚΕ 40 20

Δομικά Στοιχεία ΣΚΕ 41 MS ή UE : (Mobile Station ή User Equipment) Κινητός Σταθμός, όλα τα τερματικά είτε χειρός είτε φορητά. BS ή BTS ή Node B : (Base Transceiver Station) Σταθμός Βάσης, στο κέντρο ή στα όρια της περιοχής κάλυψης (Κεραίες εκπομπής/λήψης και Πομποδέκτες) Κάθε BTS εξυπηρετεί μια περιοχή που ονομάζεται κυψέλη (cell), η οποία και έχει δεδομένους ραδιοπόρους (ραδιοδιαύλους, κώδικες κλπ.). Οι MS συνδέονται με τους BTS χρησιμοποιώντας ραδιοδιαύλους και την αντίστοιχη ραδιοεπαφή Ραδιοεπαφή (RAT): Σύνολο κανόνων που καθορίζουν πως γίνεται η πρόσβαση στο ραδιοδίαυλο. Δομικά Στοιχεία ΣΚΕ 42 Κάθε BTS συνδέεται και με το δίκτυο κορμού (core network) του παροχέα (operator) μέσω ενός ελεγκτή BSC (Base Station Controller). Πολλά BSCs συνδέονται σε ένα κέντρο μεταγωγής MSC (Mobile Switching Center). MSC : Διαχειρίζεται και δρομολογεί τις κλήσεις σε μια μεγάλη περιοχή εξυπηρέτησης. GMSC (Gateway MSC) : Το MSC που αναλαμβάνει τη διασύνδεση με άλλα δίκτυα (κυρίως το PSTN). 21

Δομικά Στοιχεία ΣΚΕ 43 Αν ένα MS που βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής (idle state) μεταβαίνει σε άλλη κυψέλη (BTS), το δίκτυο αναλαμβάνει συνήθως την σύνδεσή του με άλλο BTS. Υπάρχει περιοδική ανταλλαγή μηνυμάτων ελέγχου μεταξύ MS και δικτύου, ώστε να είναι γνωστή η θέση του MS. Η διαδικασία αυτή καλείται περιαγωγή (roaming). Η περιαγωγή καλύπτει και την περίπτωση ο MS να αλλάζει PLMN (Public Land Mobile Network). Δομικά Στοιχεία ΣΚΕ 44 Αν κατά τη μετάβαση από κυψέλη σε κυψέλη υπάρχει σε εξέλιξη εγκατεστημένη κλήση, τότε το δίκτυο φροντίζει για τη μεταφορά της κλήσης. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται μεταπομπή (handover ή handoff). Επειδή η μεταφορά της κλήσης γίνεται χωρίς διακοπή και χωρίς ο συνδρομητής να αντιληφθεί το παραμικρό, πολλές φορές καλείται και seamless handoff. Η μεταπομπή μπορεί να συμβεί είτε μεταξύ BTS του ίδιου δικτύου, είτε άλλων δικτύων του ίδιου τύπου, είτε άλλων δικτύων άλλου τύπου, είτε και μέσα στην ίδια κυψέλη, μεταφέροντας την κλήση σε ραδιοδίαυλο με καλύτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά σε σχέση με τον εξυπηρετούντα. 22

Τύποι Κυψελών 45 Macrocells Κυψέλες με ακτίνα μέχρι μερικές δεκάδες χιλιόμετρα. Καλύπτουν χρήστες με μεγάλη κινητικότητα. Μικρός αριθμός συνδρομητών στο συνολικό δίκτυο. Τοποθέτηση των BTS σε υψηλά κτίρια ή πύργους με καλή ορατότητα της περιοχής κάλυψης. Υποστήριξη συνήθως υπηρεσιών στενής ζώνης λόγω φαινομένων διάδοσης. Microcells Κυψέλες με ακτίνα συνήθως μέχρι 1 2Km. Αύξηση της χωρητικότητας με μείωση της εκπεμπόμενης ισχύος και άρα της ακτίνας κάλυψης. Πυκνή επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων. Τοποθέτηση των BTS σε στέγες κτιρίων. Τύποι Κυψελών 46 Picocells Κυψέλες με ακτίνα συνήθως μέχρι 100 200m. Κάλυψη περιοχών με μεγάλες απαιτήσεις σε τηλεπικοινωνιακή κίνηση (hot spots). Τοποθέτηση των BTS σε χαμηλά ύψη (συνήθως κάτω από 4m, ή αν πρόκειται για εσωτερικούς χώρους σε διαδρόμους και ανελκυστήρες) Δυνατότητα υποστήριξης ευρυζωνικών υπηρεσιών Megacells Κυψέλες με κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών περιοχών Δορυφορικοί πομποδέκτες ή HAPS (High Altitude Platform Systems) 23

Τύποι Κυψελών 47 Τα επόμενα χρόνια θα είναι ραγδαία η αύξηση της τηλεπικοινωνιακής κίνησης από υπηρεσίες δεδομένων και τα παραδοσιακά κυψελωτά δίκτυα, τα οποία είναι σε σημείο καμπής στις μεγάλες αγορές, δεν μπορούν να παρακολουθήσουν την έκρηξη στη χρήση δεδομένων. Αναζητούνται νέες καινοτομικές τεχνολογίες αλλά και κυψελωτές τοπολογίες που να μπορούν να ικανοποιήσουν τις ανάγκες της τηλεπικοινωνιακής κίνησης με τρόπο ενεργειακά αποδοτικό. Μία από τις πλέον ενδιαφέρουσες λύσεις που προτείνονται είναι η ανάπτυξη των femtocells Τύποι Κυψελών 48 Οι femtocells καλύπτουν πολύ μικρές περιοχές, αντίστοιχες των APs των WiFi. Υποστηρίζονται από μικρούς, χαμηλού κόστους και με χαμηλή εκπεμπόμενη ισχύ ΣΒ που εγκαθίστανται από τους τελικούς καταναλωτές και οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο κορμού είτε μέσω ευρυζωνικών DSL γραμμών είτε μέσω άλλου τύπου ασύρματων ευρυζωνικών συνδέσεων. Οι ΣΒ είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν μία ή περισσότερες τεχνολογίες ραδιοπρόσβασης κυψελωτών συστημάτων καθώς και διαφορετικές περιοχές του φάσματος. 24

Τύποι Κυψελών 49 Ιεραρχική Δομή Κυψελών : επικάλυψη της περιοχής με διαφορετικούς τύπους κυψελών ταυτόχρονα. Εκμετάλλευση των πλεονεκτημάτων όλων των τύπων κυψελών. Συστήματα Χαμηλής Βαθμίδας Ιεράρχησης (Low Tier Systems) : Συνδυασμός picocells και microcells για αύξηση χωρητικότητας, προσφέροντας καλύτερη ποιότητα υπηρεσιών. Συστήματα Υψηλής Βαθμίδας Ιεράρχησης (High Tier Systems) : Συνδυασμός microcells και macrocells συνήθως για κάλυψη χρηστών με μεγάλες κινητικότητα και ταχύτητα. Τύποι Κυψελών 50 Σήμερα, που έχει αυξηθεί η χρήση των femtocells, δημιουργούνται δίκτυα ιεραρχικά δομημένα με macrocells και femtocells τα οποία βέβαια είναι τυχαία τοποθετημένα στο χώρο των macrocells. Ένα σημαντικό πρόβλημα είναι η παρεμβολή μεταξύ διαφορετικών επιπέδων ιεραρχίας (cross tier interference), δηλαδή μεταξύ των χρηστών που συνδέονται με femtocells και των ΣΒ των macrocells. Η παρεμβολή οφείλεται στη χρήση κοινών ραδιοπόρων από femtocells και macrocells. Επειδή ο πάροχος του δικτύου δεν μπορεί να ελέγξει τις θέσεις των femtocells, αυτές θα πρέπει να είναι σε θέση να ακούσουν το ραδιο περιβάλλον τους και να αυτό διαταχθούν και αυτό βελτιστοποιήσουν τη χρήση των ραδιοπόρων. 25

Τύποι Κυψελών 51 Μείωση της ισχύος εκπομπής συνεπάγεται Μείωση της ακτίνας κάλυψης Αύξηση των απαιτούμενων BTS για την κάλυψη της ίδιας περιοχής Δηλαδή αύξηση και του κόστους ανάπτυξης του δικτύου Αύξηση της επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων Συνεπώς αύξηση της υποστηριζόμενης χωρητικότητας Αλλά και αύξηση του αριθμού και του ρυθμού των μεταπομπών για χρήστες που μετακινούνται με μεγάλη ταχύτητα. Τύποι Διαύλων Επικοινωνίας 52 Simplex : Επικοινωνία δυνατή μόνο στη μία κατεύθυνση (π.χ. τηλεειδοποίηση) Half Duplex : Αμφίδρομη αλλά όχι ταυτόχρονη επικοινωνία. Ένας δίαυλος και για τις δύο κατευθύνσεις, δηλαδή ένας χρήστης μια δεδομένη στιγμή μπορεί ή μόνο να εκπέμπει ή μόνο να λαμβάνει (π.χ. Push to talk). Συνήθως είναι τα ραδιοσυστήματα οργανισμών κοινής ωφέλειας (π.χ. ΕΚΑΒ, ΔΕΗ, ΟΤΕ, κλπ.). Full Duplex : Ταυτόχρονη εκπομπή και λήψη μεταξύ χρηστών και Σταθμών Βάσης. Παροχή δύο ταυτόχρονων διαύλων επικοινωνίας. 26

Τύποι Διαύλων Επικοινωνίας 53 Στα full duplex συστήματα Ευθεία (forward) ή κάτω ζεύξη (down link) η ζεύξη από το BTS στο MS Αντίστροφη (reverse) ή άνω ζεύξη (up link) η ζεύξη από το MS στο BTS Αν η συχνότητα στην ευθεία και την αντίστροφη ζεύξη είναι διαφορετική τότε το σύστημα καλείται FDD (Frequency Division Duplex) Αν η συχνότητα στην ευθεία και την αντίστροφη ζεύξη είναι ίδια αλλά χρησιμοποιούνται άλλες χρονοσχισμές για τις δύο κατευθύνσεις, τότε το σύστημα καλείται TDD (Time Division Duplex). Τύποι Διαύλων Επικοινωνίας 54 Συχνότητα Ευθεία (Κάτω) Ζεύξη Αντίστροφη (Άνω) Ζεύξη Συχνότητα Ευθεία (Κάτω) Ζεύξη... Αντίστροφη (Άνω) Ζεύξη Χρόνος Χρόνος Frequency Division Duplex (FDD) Time Division Duplex (TDD) 27

Τεχνική FDD 55 Στα FDD συστήματα χρησιμοποιείται η ίδια κεραία για εκπομπή και λήψη και άρα απαιτείται duplexer (διπλέκτης). Αποδίδονται προκαθορισμένα ζεύγη συχνοτήτων (διαύλων) με προκαθορισμένο εύρος ζώνης (ιδανικό για συμμετρικές ζεύξεις). Για επαρκή απομόνωση (και άρα μικρό κόστος διπλέκτη) απαιτείται αρκετή απόσταση μεταξύ των διαύλων επικοινωνίας ενός χρήστη, αλλά και φίλτρα με μικρή ζώνη διέλευσης μεταξύ διαδοχικών διαύλων. Πλεονεκτήματα Τεχνικής FDD 56 Η συνεχής εκπομπή τόσο στην UL όσο και στην DL ζεύξη και άρα συνεχής εκτίμηση του διαύλου και μείωση των καθυστερήσεων. Η μεγάλη ανοχή στις παρεμβολές λόγω της μεγάλης συνήθως φασματικής απόστασης της UL και της DL ζεύξης. (Ελαχιστοποίηση παρεμβολών από ΣΒ σε ΣΒ και από ΚΣ σε ΚΣ). 28

Μειονεκτήματα Τεχνικής FDD 57 Οι δίαυλοι στην UL και την DL ζεύξη είναι ασυσχέτιστοι και έχουν διαφορετικές συναρτήσεις μεταφοράς. Δεν είναι δυνατή η μεταβλητή απόδοση εύρους ζώνης των διαύλων σε UL και DL, δηλαδή δεν υποστηρίζεται η ασυμμετρία των ζεύξεων. Λόγω του ζευγαρώματος των διαύλων σε DL και UL, είναι δύσκολη έως αδύνατη η ευέλικτη απόδοση φάσματος. Το φασματικό διάστημα φύλαξης μεταξύ UL και DL αποτελεί ανεπιθύμητη σπατάλη φάσματος. Στο ίδιο τερματικό απαιτούνται δύο τοπικοί ταλαντωτές ένας για κάθε κατεύθυνση, αποδοτικοί διπλέκτες και φίλτρα με απότομη κλίση στη ζώνη αποκοπής, που αυξάνουν το κόστος. Η Δομή του TDD Πλαισίου 58 Τυπική μορφή πλαισίου με δύο υπο πλαίσια, ένα για κάθε κατεύθυνση. Ύπαρξη χρονικών διαστημάτων φύλαξης. Η υλοποίηση του TDD είναι δυνατή μόνο με ψηφιακές τεχνικές. 29

Πλεονεκτήματα Τεχνικής ΤDD 59 Ευέλικτη απόδοση πόρων στις δύο ζεύξεις. Κάθε υποπλαίσιο μπορεί να περιέχει διαφορετικό αριθμό χρονοσχισμών ανάλογα με τις απαιτήσεις. Παρέχει αμοιβαιότητα (reciprocity) του διαύλου σε UL/ DL. Προσφέρει δυναμική απόδοση του φάσματος μεταξύ των δύο κατευθύνσεων UL και DL. Τα σήματα χρησιμοποιούν μεγαλύτερο εύρος ζώνης, και βελτιώνεται το πλεονέκτημα διαφορισμού στη συχνότητα. Δεν απαιτούνται ζεύγη διαύλων και διευκολύνεται η απόδοση φάσματος. Μειωμένο κόστος υλικού εξαιτίας της χρήσης ενός τοπικού ταλαντωτή και της απουσίας του διπλέκτη. Μειονεκτήματα Τεχνικής ΤDD 60 Παρεμβολές προκύπτουν όταν οι μεταδόσεις γειτονικών ΣΒ δεν είναι συγχρονισμένες ή η ασυμμετρία της ζεύξης στους δύο Σταθμούς Βάσης είναι διαφορετική. Στην περίπτωση αυτή προκύπτει όχι μόνο παρεμβολή από ΣΒ σε ΣΒ, αλλά και από ΚΣ σε ΚΣ και καλείται ετεροσχισμική παρεμβολή (cross slot interference). Παρεμβολή μεταξύ παρόχων οι οποίοι λειτουργούν κυψέλες που χρησιμοποιούν γειτονικούς διαύλους στην ίδια γεωγραφική περιοχή. Επειδή οι πάροχοι δεν συντονίζουν το σχεδιασμό των δικτύων τους, ούτε συγχρονίζουν τα πλαίσια και την ασυμμετρία της τηλεπικοινωνιακής κίνησης, προκύπτει ισχυρή παρεμβολή γειτονικών διαύλων στις κυψέλες. 30

Πρόσβαση στο Δίαυλο 61 Για να είναι εφικτή η επικοινωνία πολλαπλών χρηστών στο ίδιο μέσο χωρίς την πρόκληση αλληλοπαρεμβολών, είναι απολύτως απαραίτητη η άσκηση κάποιου ελέγχου της πρόσβασης των χρηστών στο ίδιο μέσο. Οι δυνατότητες συντονισμού πρόσβασης κυμαίνονται από την πλήρη προστασία, με προγραμματισμό των ανεξάρτητων εκπομπών από κάθε χρήστη, ως την τυχαία πρόσβαση των χρηστών στο μέσο. Επιπλέον, ο συντονισμός της πρόσβασης αφορά και τις δύο κατευθύνσεις μετάδοσης, από και προς έναν κινητό σταθμό. Πρόσβαση στο Δίαυλο 62 Υπάρχουν 4 πεδία στα οποία μπορεί να ασκηθεί ο συντονισμός της πρόσβασης: η συχνότητα, ο χρόνος, οι κώδικες, και ο χώρος. Τα πεδία αυτά αποτελούν τους κύριους πόρους του συστήματος, που καλούνται και ραδιοπόροι (radioresources), οι οποίοι χωρίζονται σε δομικά στοιχεία που είναι μεταξύ τους ορθογώνια και αποδίδονται στους χρήστες. Έτσι το διαθέσιμο φάσμα χωρίζεται σε συχνοτικά κανάλια, ο χρόνος σε χρονοσχισμές, το πεδίο των κωδίκων σε κώδικες κλειδιά με δεδομένες ιδιότητες και ο χώρος σε διαφορετικές μη επικαλυπτόμενες περιοχές στο χώρο. 31

Πρόσβαση στο Δίαυλο 63 Αυτή η διαμέριση των πεδίων σε ορθογώνιες/μη επικαλυπτόμενες σχισμές μεταξύ τους εξασφαλίζει ακριβώς και την ορθογωνιότητα των χρηστών που ανταγωνίζονται για τους ίδιους πόρους, προσφέροντας τα διαφορετικά φυσικά κανάλια (physical channels), δηλαδή το φυσικό μέσο για την μετάδοση της πληροφορίας. Η ορθογωνιότητα των φυσικών διαύλων είναι βασική προϋπόθεση για την επίτευξη επαρκούς και μονοσήμαντου διαχωρισμού των χρηστών σε έναν δέκτη. Πρόσβαση στο Δίαυλο 64 Οι τεχνικές που αποδίδουν αποκλειστικούς διαύλους καλούνται τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης. Οι τεχνικές που αποδίδουν διαύλους τυχαία, δηλαδή δεν εξασφαλίζεται πρόσβαση στο δίαυλο, καλούνται τεχνικές τυχαίας πρόσβασης. Υπάρχουν και οι υβριδικές τεχνικές. Κάθε τύπος έχει επιμέρους παραλλαγές. Η επιλογή της τεχνικής εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της τηλεπικοινωνιακής κίνησης του συστήματος, αλλά και τη συμβατότητα με άλλα συστήματα. 32

65 Τεχνικές Προγραμματισμένης Πολλαπλής Πρόσβασης Απόδοση αποκλειστικών διαύλων σε διαφορετικούς χρήστες. Διαίρεση (ορθογωνιότητα διαχωρισμός ) Συχνότητας, Frequency Division Multiple Access (FDMA) Διαίρεση (ορθογωνιότητα διαχωρισμός ) Χρόνου, Time Division Multiple Access (TDMA) Διαίρεση (ορθογωνιότητα διαχωρισμός ) Κώδικα, Code Division Multiple Access (CDMA) Διαίρεση (ορθογωνιότητα διαχωρισμός ) Χώρου, Space Division Multiple Access (SDMA) Υβριδικοί Συνδυασμοί (π.χ. FDMA/TDMA στο GSM) 66 Τεχνικές Προγραμματισμένης Πολλαπλής Πρόσβασης FDMA TDMA Συχνότητα Δίαυλος 3 Διάστημα Φύλαξης Δίαυλος 2 Διάστημα Φύλαξης Δίαυλος 1 Συχνότητα Δίαυλος 1 Διάστημα Φύλαξης Δίαυλος 2 Διάστημα Φύλαξης Δίαυλος 3 Κώδικας CDMA Χρόνος SDMA Χρόνος Συχνότητα Δίαυλος 3 Δίαυλος 2 Δίαυλος 1 Χρόνος 33

Frequency Division Multiple Access (FDMA) 67 H FDMA τεχνική είναι σχετικά απλή. Η ορθογωνιότητα εξασφαλίζεται με διαστήματα φύλαξης στη συχνότητα. Απαιτούνται καλά BPFs. Αν ένας δίαυλος δεν χρησιμοποιείται (π.χ. κατά τη διάρκεια σιωπών σε μια τηλεφωνική συνδιάλεξη), τότε έχουμε σπατάλη φάσματος, αφού δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από άλλο χρήστη και να αυξηθεί η απόδοση. Συνδυάζεται συνήθως με τεχνική duplexing TDD, ώστε Να αποφεύγεται ταυτόχρονη εκπομπή και λήψη Να υπάρχει ομοιότητα των χαρακτηριστικών του διαύλου στην ευθεία και την αντίστροφη ζεύξη Να είναι απλή η εφαρμογή τεχνικών διαφορισιμότητας στο Σταθμό Βάσης. Time Division Multiple Access (TDMA) 68 Στην TDMA απαιτείται συγχρονισμός όλων των χρηστών. Ο ρυθμός μετάδοσης είναι πολλαπλάσιος (ως προς την FDMA) κατά ένα παράγοντα ίσο με τον αριθμό των χρηστών που μοιράζονται το συχνοτικό δίαυλο (π.χ. 8 στο GSM). Άρα η διάρκεια συμβόλου είναι μικρότερη κατά τον ίδιο παράγοντα, και άρα είναι τεχνική ευάλωτη στη διασυμβολική παρεμβολή (Inter Symbol Interference, ISI). Απαιτούνται χρονικά διαστήματα φύλαξης. 34

Time Division Multiple Access (TDMA) 69 Πλεονεκτήματα Δεν υπάρχουν προβλήματα ενδοδιαμόρφωσης Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υπηρεσίες φωνής και δεδομένων Υποστηρίζει μεταβαλλόμενο ρυθμό μετάδοσης Είναι φασματικά πιο αποδοτική μέθοδος αφού δεν χρησιμοποιούνται συχνοτικά διαστήματα φύλαξης Επειδή η μετάδοση είναι σε ριπές, δηλαδή ασυνεχής, προσφέρει μικρότερη κατανάλωση ισχύος Time Division Multiple Access (TDMA) 70 Πλεονεκτήματα (συνέχεια) Τα προϊόντα TDMA παράγονται μαζικά σε VLSI και έχουν μειωμένο κόστος Παρέχει τη δυνατότητα μέτρησης της ποιότητας σε επίπεδο πλαισίου (frame) Είναι ιδανικό για περιπτώσεις με ιεραρχικές δομές κυψελών Είναι πλέον δοκιμασμένη και αρκετά αποτελεσματική τεχνολογία 35

Code Division Multiple Access (CDMA) 71 Στην CDMA σημαντικό ρόλο παίζει ο τύπος των κωδίκων που χρησιμοποιούνται. Ορθογωνικοί κώδικες : Πεπερασμένος και μικρός αριθμός κωδικών σε δεδομένο εύρος ζώνης, αλλά μηδενική παρεμβολή (πλήρης ορθογωνιότητα). Ημι ορθογωνικοί κώδικες : Πάρα πολύ μεγάλος αριθμός κωδικών σε δεδομένο εύρος ζώνης, αλλά υπάρχει μια μικρή εναπομείνασα παρεμβολή μεταξύ κωδικών. Η παραγωγή των σημάτων γίνεται συνήθως με την τεχνική direct sequence (DS CDMA). Πλεονεκτήματα CDMA 72 Εκμεταλλευόμαστε τις σιωπηλές περιόδους στις τηλεφωνικές συνομιλίες Δεν απαιτείται η χρήση ισοσταθμιστή (equalizer) Στα κυψελωτά συστήματα όπου γειτονικές κυψέλες χρησιμοποιούν τον ίδιο δίαυλο, δεν απαιτείται μεταπομπή στη συχνότητα Δεν απαιτούνται διαστήματα φύλαξης, τα οποία είναι απώλεια στη συνολική χωρητικότητα Επιτυγχάνει πολύ μεγαλύτερες χωρητικότητες σε επίπεδο χρηστών ανά κυψέλη Δεν απαιτούνται πολύπλοκες τεχνικές απόδοσης και διαχείρισης του φάσματος καθώς επίσης και τεχνικές σχεδίασης του συστήματος. 36

Πλεονεκτήματα CDMA 73 Έχει πολύ καλή συμπεριφορά όσον αφορά στην ασφάλεια της μετάδοσης των δεδομένων Σε φυσιολογικές συνθήκες η προσθήκη ενός επιπλέον χρήστη επιδρά λίγο μόνο στην ποιότητα των υπηρεσιών των υπαρχόντων χρηστών (soft capacity) Δυνατή η συνύπαρξη με άλλα αναλογικά συστήματα Δυνατότητα υποστήριξης εύρους ζώνης κατά απαίτηση (bandwidth on demand) Προβλήματα στο CDMA 74 Η ισχύς που λαμβάνεται από τον πομπό με Κώδικα Β είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του επιθυμητού με κώδικα Α. Λύση : Έλεγχος ισχύος (power control) από το BTS, ώστε όλα τα λαμβανόμενα να έχουν περίπου την ίδια ισχύ. 37

Space Division Multiple Access (SDMA) 75 Έλεγχος της ακτινοβολούμενης Η/Μ ακτινοβολίας για κάθε χρήστη στην περιοχή κάλυψης. Για τον έλεγχο χρησιμοποιούνται έξυπνες (smart) προσαρμοστικές (adaptive) κεραίες (antennas). Χρησιμοποιούνται είτε στοιχειοκεραίες που υλοποιούν ένα καθορισμένο σύνολο από διαγράμματα ακτινοβολίας από το οποίο κάθε φορά επιλέγεται ένα με κάποιο κριτήριο (switched beam antennas), είτε στοιχειοκεραίες με βάρη που προσαρμόζονται δυναμικά στις απαιτήσεις του συστήματος (adaptive beamforming antennas). Σε κάθε περιοχή που εξυπηρετείται από ένα λοβό ακτινοβολίας, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε άλλες τεχνικές πρόσβασης (π.χ. FDMA, TDMA ή και CDMA). Space Division Multiple Access (SDMA) 76 0-5 -10 ÊáíïíéêïðïéçìÝíï ÄéÜãñáììá (db) -15-20 -25-30 -35-40 -45-50 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Ãùíßá 38

77 Συνδυασμοί Τεχνικών Πολλαπλής Πρόσβασης 78 Συνδυασμοί Τεχνικών Πολλαπλής Πρόσβασης 39

79 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Η OFDM είναι μια τεχνική πολυπλεξίας, εντούτοις χαρακτηρίζεται διαμόρφωση, αφού όλα τα διαθέσιμα φέροντα αποδίδονται σε ένα και μόνο χρήστη. Δεν υπάρχει κάποιος λόγος που να εμποδίζει τη χρήση της τεχνικής και ως τεχνική πολλαπλής πρόσβασης. Τα διαθέσιμα υποκανάλια μπορούν να χωριστούν σε ομάδες και να διατεθούν σε διαφορετικούς χρήστες. Έτσι ένας αριθμός χρηστών χρησιμοποιεί ταυτόχρονα το διαθέσιμο εύρος ζώνης (σε κάθε χρήστη εκχωρείται ένα μέρος του), ενώ το σήμα που εκπέμπει κάθε χρήστης παραμένει διαμορφωμένο με τεχνική OFDM. 80 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) 40

81 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Τόσο ο αριθμός των υποκαναλιών του συμβόλου που εκχωρούνται σε κάθε χρήστη, όσο και οι ακριβείς θέσεις τους, μπορεί να μεταβάλλονται μεταξύ διαδοχικών συμβόλων. 82 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Η OFDMΑ εκτός από τα πλεονεκτήματα της OFDM διατηρεί και τα προβλήματα που συνοδεύουν την τεχνική αυτή, με διαφορετική όμως μορφή. Τα προβλήματα παρεμβολών μεταξύ γειτονικών υποκαναλιών που στην περίπτωση της OFDM δημιουργούν ενδοσυμβολική παρεμβολή, στην περίπτωση της OFDMA δημιουργούν επιπλέον και παρεμβολές μεταξύ των χρηστών: αν τα γειτονικά υποκανάλια που αλληλοπαρεμβάλλονται έχουν εκχωρηθεί στον ίδιο χρήστη, τότε έχουμε και πάλι ενδοσυμβολική παρεμβολή, ενώ αν ανήκουν σε διαφορετικούς χρήστες έχουμε παρεμβολή μεταξύ των χρηστών αυτών. 41

83 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Επίσης, το πρόβλημα του υψηλού λόγου μέγιστης προς μέση ισχύ (PAPR) που προκαλεί παραμορφώσεις λόγω μή γραμμικότητας σε συστήματα OFDM, στην περίπτωση της τεχνικής OFDMA εμφανίζεται συνήθως ακόμα πιο έντονα λόγω του μεγαλύτερου γενικάπλήθος των υποκαναλιών. Όταν η OFDMA εφαρμόζεται ως τεχνική πολλαπλής πρόσβασης σε συστήματα κινητών επικοινωνιών, εμφανίζονται κάποια επιπλέον προβλήματα που οφείλονται στο γεγονός ότι ένα OFDM σύμβολο σχηματίζεται με τη συνεισφορά πολλών κινούμενων χρηστών. 84 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Λόγω της διαφορετικής απόστασης από το ΣΒ, το σήμα του κάθε UE φτάνει στο ΣΒ με διαφορετική ισχύ και καθυστέρηση. Προκειμένου ο ΣΒ να ανακτήσει σωστά το OFDM σύμβολο απαιτείται η εφαρμογή τεχνικών για τον έλεγχο της σχετικής ισχύος και του χρονισμού των σημάτων που εκπέμπουν τα UEs. 42

85 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Αθανάσιος Κανάτας Καθηγητής Πανεπιστημίου Πειραιώς Τηλ: +30 210 4142759 e mail: kanatas@unipi.gr 43